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原文传递一种高速公路无人清扫车的路径跟踪控制调整方法

专利名称：	一种高速公路无人清扫车的路径跟踪控制调整方法
摘要：	本发明涉及运动学研究技术领域，尤其是涉及一种高速公路无人清扫车的路径控制调整方法。本发明提出一种高速无人清扫车路径控制调整方法，该方法通过建立无人清扫车路径跟踪分层运动学模型，并将上层运动学模型作为模型预测控制算法的预测模型，通过设定最优目标函数和约束条件将未来控制增量的求解问题转换为二次规划的最优解问题，计算出最优转角和速度控制量；下层控制中，通过下层运动学模型，将上层控制得到的控制量映射到四轮的转角和速度控制量，应用模糊PID算法，实现无人清扫车的路径跟踪控制；本发明能够对高速公路无人清扫车轨迹实现准确跟踪，并且能进行控制量的跟踪，对于提高高速公路无人清扫车的路径跟踪准确度具有巨大意义。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖北;42
申请人：	东风悦享科技有限公司
发明人：	李悦;曹恺;骆嫚;梁子湘
专利状态：	有效
申请日期：	2021-12-27T00:00:00+0800
发布日期：	2022-03-29T00:00:00+0800
申请号：	CN202111615595.8
公开号：	CN114253275A
代理机构：	武汉智嘉联合知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	周伟
分类号：	G05D1/02;E01H1/00;G;E;G05;E01;G05D;E01H;G05D1;E01H1;G05D1/02;E01H1/00
申请人地址：	430000 湖北省武汉市武汉经济技术开发区全力二路101号经开智造2045创新谷智能制造创新中心D240
主权项：	1.一种高速公路无人清扫车的路径跟踪控制调整方法，无人清扫车采用电机驱动，主控计算机结合北斗导航模块执行地图路径规划，并控制指令传输给车载ECU,车载ECU控制驱动轮速度和转向角，，并控制无人清扫车相对路径规划的横向偏差ed、航向偏差eθ，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：采用激光雷达高频拾取无人清扫车与高速高速公路右护栏的距离D1,分别记为D1、D2、D3ΛDn，D1取其平均值：采用摄像头高频辅助拾取无人清扫车与高速公路右护栏的距离M1,分别记为M1、M2、M3、ΛMn，M1取其平均值：步骤二：若激光雷达、摄像头探索到车右方没有车辆并行时，主控计算机计算横向偏差ed≦\|D1-M1\|/N,D1≦4.375米，M1≦4.375米，N为精度控制参数，取值为：2-6，则主控计算机让无人清扫车保持此刻航向；若D1≧4.375米，M1≧4.375米或者激光雷达、摄像头探索到车右方有车辆并行时，则主控计算机结合地图信息，执行MPC纠偏模式，按照此时刻的驱动轮速度差及变化率、横向偏差ed(t)、航向偏差eθ(t)对车辆进行自主纠偏；若D1≦4.375米，M1≦4.375米，并且当无人清扫车探寻在后方有超车车辆，右方没有车辆并行时，则主控计算机中断执行ed≦\|D1-M1\|/N算式，转向右车道行驶，以便让后方超车车辆行驶，并执行MPC纠偏模式。 2.根据权利要求1所述的一种高速公路无人清扫车的路径跟踪控制调整方法，其特征是所述MPC纠偏模式进行纠偏应包括以下调整步骤：步骤A1:驱动轮速度差及变化率、横向偏差和航向偏差均应满足以下算法：式中：Δvmax、Δamax、Δedmax、Δeθmax分别为最大允许驱动轮差速、最大允许驱动轮差数变化率、最大横向偏差、最大允许航向偏差；建立横向偏差和航向偏差的运动学方程：式中：ed(t)、eθ(t)分别t时刻的横向偏差和航向偏差；步骤A2：将以上运动学模型作为模型预测控制算法的预测模型，搭建MPC路径跟踪控制器，将得到的横向偏差和航向偏差输出到带有侧滑补偿的运动模型的MPC控制器，通过对车辆当前时刻车辆位置信息及速度信息进一步处理，带入如下优化目标方程， s.t.z0＝z(t),u-1＝u(t-ts)； zi+1＝f(zi,ui)；i＝0,Λ,Hp-1；建立预测方程：得到期望偏航率Y(t)； Y(t)＝ψtζ(t\|t)+ΘtΔU(t)式中，ξ(t\|t)为当前时刻的状态量，ΔU(t)为预测时域的控制增量；步骤A3：将MPC得到的期望偏航率Y(t)和偏航率r,车辆速度v输出到自适应模糊PID控制器，得到δ(f): 其中a0为动态控制中引入的附加控制，Kp1为比例控制参数，Ki1为积分控制参数值，来自偏航率r的反馈通过改变转向动力学的特征值位移来改善瞬态。 3.根据权利要求1所述的一种高速公路无人清扫车的路径跟踪控制调整方法，其特征在于，所述无人清扫车基于Carsim/Simulink的全电驱无人清扫车仿真平台建立；所述仿真平台包括由Simulink创建的独立驱动系统模型、独立转向系统模型、独立制动系统模型。 4.根据权利要求2所述的一种高速公路无人清扫车的路径跟踪控制调整方法，其特征在于，在步骤A2中，将控制增量序列ΔU(t)中的第一个元素作为实际控制输入增量作用于线性化状态空间系统，系统执行这一控制量直到下一时刻；在新的时刻，系统根据状态信息重新预测下一段时域的输出，通过优化过程得到一个新的控制增量序列，由此建立反馈机制，形成最优的滚动优化。 5.根据权利要求2所述的一种高速公路无人清扫车的路径跟踪控制调整方法，其特征在于，所述自适应模糊PID控制器包括模糊化、模糊推理、清晰化三个工作流程；所述模糊化工作流程对应的工作内容为输入隶属度函数；所述模糊推理工作流程对应的工作内容为制定控制规则；所述清晰化工作流程对应的工作内容为逻辑判断。 6.根据权利要求2所述的一种高速公路无人清扫车的路径跟踪控制调整方法，其特征在于，所述自动驾驶系统包括若干个激光雷达、若干个摄像头、RTL8367S千兆交换机板、VA608A接口板一、VA608A接口板二、NXP S32V234接口板、两块MAX9286数据板； RTL8367S千兆交换机板的以太网接口与若干个激光雷达的以太网接口分别通过以太网进行连接，其通过以太网与VA608A接口板一的以太网接口连接； MAX9286数据板的LVDS接口与若干个摄像头的LVDS接口分别连接，其CSI-2接口与NXPS32V234接口板的CSI-2接口连接； NXP S32V234接口板的MINI-PCIE接口与VA608A接口板一的PCIE x4接口连接；两个VA608A接口板之间的HDBASE-T接口通过HDBASE-T总线进行数据交换； VA608A接口板二的PCIE x4接口与自动驾驶域控制器的上一级控制器的PCIE x4接口连接、RJ45接口与自动驾驶域控制器的上一级控制器的TE2013595-1接口连接。
所属类别：	发明专利